JP6439030B2 - 受光装置及び受発光装置 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る受光装置は、外部から入射する光の少なくとも一部を受光し、受光量に応じた出力信号を出力する受光素子と、受光素子の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部と、温度情報を取得する温度情報取得部と、前記受光素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報と、前記温度情報に基づいて湿度情報を算出する湿度情報算出部と、前記温度情報及び前記湿度情報に基づいて前記出力信号を補償する補償部と、を備える。
本実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部と、温度情報取得部と、前記発光素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報と、前記温度情報と、に基づいて湿度情報を算出する湿度情報算出部と、前記温度情報及び前記湿度情報に基づいて、前記発光素子を制御する制御部と、を備える。
本実施形態に係る受発光装置は、発光素子と、前記発光素子が出力する光の少なくとも一部を受光し、受光量に応じた出力信号を出力する受光素子と、前記発光素子の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部と、温度情報を取得する温度情報取得部と、前記発光素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報と、前記温度情報と、に基づいて湿度情報を算出する湿度情報算出部と、前記温度情報及び前記湿度情報に基づいて前記出力信号を補償する補償部と、を備える。
以下、本実施形態に係る受光装置、発光装置及び受発光装置の各構成部について、例を挙げて説明する。
本実施形態に係る受光装置及び受発光装置における受光素子は、使用用途に適する波長を含む光の帯域に感度を有していれば特に制限されない。特に、受光素子がガス濃度測定装置として用いられる場合には、被検出ガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有していれば特に制限されない。
本実施形態に係る発光装置及び受発光装置における発光素子は、使用用途に適する波長を含む光を出力すれば特に制限されない。特に、発光素子は、ガス濃度測定装置として用いられる場合には、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力すれば特に制限されない。発光素子の具体的な例としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ヒーターや発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が挙げられる。このような発光素子は、被検出ガス以外の成分の光吸収によるノイズを低減する観点から、被検出ガスの吸収が大きい波長帯の光のみを出力するとよい。
また、本実施形態に係る発光装置及び受発光装置において、発光素子は、後述するように補助素子を備えてもよい。
本実施形態に係る受光装置における温度情報取得部は、受光装置の温度情報を取得する。この場合、温度情報は、受光素子の温度またはモールド樹脂部の温度に関する情報を含んでいてもよい。またこの場合、温度情報は、受光素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報を含んでいてもよい。
本実施形態に係る受光装置、発光装置及び受発光装置において、後述の、モールド樹脂部に少なくとも一部を封止された補助素子をさらに備える場合には、温度情報は、補助素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報を含んでいてもよい。
以下、受光素子や発光素子の電気的特性及び光学的特性はそれぞれ、上述の物理量を意味する。
本実施形態に係る受光装置における湿度情報算出部は、温度情報と、受光素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報とに基づいて湿度情報を算出する。これにより、受光装置は、モールド樹脂の吸湿−乾燥に伴う受光素子の特性変動を補償するための湿度情報を得ることが出来る。またこの場合、湿度情報は、受光素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報を含んでいてもよい。
また湿度情報を算出するために用いられる受光素子、発光素子、或いは補助素子の電気的特性及び光学的特性は、湿度だけではなく温度によっても影響を受ける。従って、温度情報を元に、それらの温度依存性を除去することにより、湿度情報を算出することが可能となる。
なお、受光素子や発光素子の電気的特性及び光学的特性を温度情報として用いる場合には、湿度情報の算出に用いる電気的特性及び光学的特性とは異なるものを用いる必要がある。例えば、発光装置の場合、温度情報として発光素子の順方向電圧降下を用いる場合には、湿度情報の算出には発光素子の順方向電圧降下以外の物理量(例えば発光素子の内部抵抗や、発光素子の補助素子として設けたフォトダイオードの光電流等)を用いる必要がある。発光装置や受発光装置の場合も同様である。
本実施形態に係る受光装置、発光装置及び受発光装置において、モールド樹脂部は、受光素子の少なくとも一部及び発光素子の少なくとも一部を封止してもよい。あるいは、モールド樹脂部は、受光素子の少なくとも一部及び発光素子の少なくとも一部のいずれか一方を封止してもよい。モールド樹脂部の形成材料としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂などの樹脂モールド材料を用いることができる。その際、樹脂モールド材料は、SiO2やAl2O3といったフィラーを含んでも良い。またポリイミド、ポリアミド、シリコーン樹脂といった応力緩和層(バッファ層)を受光素子及び発光素子の少なくとも一方とモールド樹脂部との間に含んでもよい。
本実施形態に係る受光装置、受発光装置において、補償部は、温度情報及び湿度情報に基づいて、受光素子の出力信号を補償することが可能であれば特に制限されない。補償部は例えば、アナログIC、ディジタルIC及び中央処理装置(Central Processing Unit:CPU)等が好適である。
度の値そのものには限定されず、温度や湿度の影響を受けて特性が変化する電気抵抗値や
光電流値などの物理量から演算される情報も含まれる。またこの補償部は、あらかじめ温度の影響や湿度の影響を校正したデータを保存した記憶領域を有していてもよく、また発光素子を制御するための機能を発揮してもよい。
本実施形態に係る発光装置及び受発光装置において、制御部は温度情報及び湿度情報に基づいて発光素子を制御することが可能であれば特に制限されず、例えば、アナログIC、ディジタルIC及びCPU等を含む駆動回路が好適である。
本実施形態に係る受光装置、発光装置及び受発光装置は、モールド樹脂部に少なくとも一部を封止された補助素子をさらに備え、温度情報及び湿度情報の少なくとも一方は、補助素子の電気的特性及び光学的特性の少なくとも一方に関する情報を含んでいてもよい。補助素子としては、例えばモールド樹脂部内に設けられたダイオード、抵抗体、あるいは受光素子や発光素子と同一の材料から成る、ダイオード、抵抗体を用いることが出来る。この場合、補助素子は受光素子と同一の基板上に形成されていてもよい。またこの場合、補助素子は、基板上に複数配置されていてもよい。複数の補助素子は、並列、直列又は直並列に接続されていてもよく、ホイートストンブリッジを形成していてもよい。
[実施形態1]
図1は、本発明の第1実施形態に係る受光装置を説明するための構成図である。図1に示すように、第1実施形態の受光装置2は、基板26と、基板26上に形成された受光素子21及び補助素子27と、受光素子21、補助素子27及び基板26の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部22と、温度情報取得部23と、湿度情報算出部24と、温度情報取得部23から得られる温度情報TI及び湿度情報算出部24から得られる湿度情報HIに基づいて受光素子21からの出力信号SOを補償する補償部25とを備えている。
図2は、本発明の第2実施形態に係る発光装置を説明するための構成図である。図2に示すように、第2実施形態に係る発光装置4は、基板46と、基板46上に形成された発光素子48及び補助素子47と、発光素子48、補助素子47及び基板46の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部42と、温度情報取得部43と、湿度情報算出部44と、温度情報取得部43から取得される温度情報TI及び湿度情報算出部44から取得される湿度情報HIに基づいて発光素子48を制御する制御信号SCを出力する制御部49とを備えている。
図3は、本発明の第3実施形態に係る受発光装置を説明するための構成図である。図3に示すように、第3実施形態に係る受発光装置5は、受光側基板561と、受光側基板561上に形成された受光素子51及び受光側補助素子571と、受光素子51、受光側補助素子571及び受光側基板561の少なくとも一部を封止する受光側封止領域521と、発光側基板562と、発光側基板562上に形成された発光素子58と、発光側補助素子572と、発光素子58、発光側補助素子572及び発光側基板562の少なくとも一部を封止する発光側封止領域522と、温度情報取得部53と、湿度情報算出部54と、温度情報取得部53から取得された温度情報TI及び湿度情報算出部54から取得された湿度情報HIに基づいて受光素子51の出力信号SOを補償する補償部55と、温度情報TI及び湿度情報HIに基づいて発光素子58を制御する制御信号SCを出力する制御部59とを備えている。なお、受発光装置5は、受光側封止領域521と発光側封止領域522とを有するモールド樹脂部52を備えている。受光側封止領域521と発光側封止領域522とは、空間的に分離されて設けられている。
本発明の第4実施形態に係る受発光装置は、上述した第3実施形態において、発光素子58が中赤外LEDである受発光装置である。
本発明の第5実施形態に係る受発光装置は、上述した第3実施形態又は第4実施形態において、受光素子51と受光側補助素子571が同一の薄膜構造を有する受発光装置である。ここで薄膜構造はP型半導体層、I型半導体層(アンドープ層)、N型半導体層を積層させたPINダイオード構造である。受光素子51と受光側補助素子571が同一の薄膜構造であることにより、温度変化による特性変動の補償が容易になったり製造工程が短縮したりする、といった利点がある。
本発明の第6実施形態に係る受発光装置は、上述した第4又は第5実施形態において、受光素子51を封止する受光側封止領域521と、発光素子58を封止する発光側封止領域522とが空間的に接している(受光側封止領域521及び発光側封止領域522が1つの封止材で形成されている)ことを特徴とする。つまり、第6実施形態に係る受発光装置は、空間的に接している受光側封止領域521及び発光側封止領域522を有するモールド樹脂部52を備えている点に特徴を有している。第6実施形態に係る受発光装置は、受光素子51及び発光素子58を同一工程で封止することが可能となり、製造工程を短縮できる、といった利点がある。
本発明の第7実施形態に係る受光装置、発光装置及び受発光装置は、上述した第1から第6実施形態において、受光素子、発光素子及び補償素子をGaAs基板上に形成されたAlInSb層で形成された活性層(I層)を有するPINダイオード構造とした点に特徴を有している。ここで、活性層におけるアルミニウム(Al)の組成比は0〜20%であり、活性層の上下にキャリア(電子、及びホール)をブロックするためのバリア層を形成しても良い。更に活性層の上下にはキャリアを供給するためのP層及びN層が形成される。Al組成を2〜5%とした場合、本材料は、炭酸ガスの赤外吸収波長である4.3μmに相当する光を吸収し、或いは光を放出することが可能なため、受光素子及び発光素子として好適である。或いはAl組成を8〜10%とした場合、本材料はメタンを始めとした炭化水素ガスの赤外吸収波長である3.3μmに相当する光を吸収し、或いは光を放出することが可能なため、受光素子及び発光素子として好適である。
[実施形態8]
本発明の第8実施形態に係る受光装置、発光装置及び受発光装置は、上述した第1から第6実施形態において、受光素子、発光素子及び補償素子をGaAs基板上に形成されたAlInAsSb層で形成された活性層(I層)を有するPINダイオード構造とした点に特徴を有している。ここで、活性層におけるAl組成を0〜5%、Sb組成を0〜5%とすることで水(2.7μm)、或いはメタン(3.3μm)を検出するのに好適となり、Sb組成を10〜13%まで増加させることにより、炭酸ガス(4.3μm)を検出するのに好適となる。
本比較例における炭酸ガス濃度測定装置は、モールド樹脂部に封止された発光素子(中赤外LED光源)と、この発光素子と同一の薄膜構造を有する、受光素子としての量子型赤外線センサとを、内部に高い反射率の球面を有するドーム型ガスセル中に配置された。本実施例に係る炭酸ガス濃度測定装置との差異としては、本比較例における炭酸ガス濃度測定装置は湿度情報算出部を備えていない点である。
4 発光装置
5 受発光装置
21,51 受光素子
22,42,52 モールド樹脂部
23,43,53 温度情報取得部
24,44,54 湿度情報算出部
25,55 補償部
26,46 基板
27,47 補助素子
48,58 発光素子
49,59 制御部
521 受光側封止領域
522 発光側封止領域
561 受光側基板
562 発光側基板
571 受光側補助素子
572 発光側補助素子
Claims (16)
- 外部から入射する光の少なくとも一部を受光し、受光量に応じた出力信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部と、
前記受光素子の温度または前記モールド樹脂部の温度に関する温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記受光素子の電気的特性に関する情報と、前記温度情報とに基づいて、前記モールド樹脂部の湿度に関する情報を含む湿度情報を算出する湿度情報算出部と、
前記温度情報及び前記湿度情報に基づいて、前記モールド樹脂部の吸湿及び乾燥の少なくとも一方による前記出力信号の変動の影響を補償する補償部と、
を備える受光装置。 - 前記モールド樹脂部に少なくとも一部を封止された補助素子をさらに備え、
前記温度情報及び前記湿度情報の少なくとも一方は、前記補助素子の電気的特性に関する情報を含む
請求項1に記載の受光装置。 - 前記補助素子は前記受光素子と同一の基板上に形成されている
請求項2に記載の受光装置。 - 前記受光素子及び前記補助素子の少なくとも一方は、インジウムを含み、ヒ素及びアンチモンの少なくとも一方を含み、P型半導体層と
N型半導体層を少なくとも有するダイオード構造を有する、又は抵抗体である
請求項2又は3に記載の受光装置。 - 発光素子と、
前記発光素子が出力する光の少なくとも一部を受光し、受光量に応じた出力信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の少なくとも一部を封止するモールド樹脂部と、
前記受光素子の温度、前記発光素子の温度及び前記モールド樹脂部の温度のうちの少なくとも1つに関する情報を含む温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記受光素子の電気的特性に関する情報と、前記温度情報とに基づいて、前記モールド樹脂部の湿度に関する情報を含む湿度情報を算出する湿度情報算出部と、
前記温度情報及び前記湿度情報に基づいて、前記モールド樹脂部の吸湿及び乾燥の少なくとも一方による前記出力信号の変動の影響を補償するように前記発光素子を制御する制御部と、
を備える受発光装置。 - 前記温度情報は、前記受光素子及び前記発光素子の少なくとも一方の電気的特性に関する情報を含む
請求項5に記載の受発光装置。 - 前記モールド樹脂部は、
前記受光素子の少なくとも一部を封止する受光側封止領域と、
前記発光素子の少なくとも一部を封止する発光側封止領域と、
を有する
請求項5又は6に記載の受発光装置。 - 前記受光側封止領域と前記発光側封止領域とは空間的に接している
請求項7に記載の受発光装置。 - 前記受光側封止領域に少なくとも一部を封止された受光側補助素子をさらに備え、
前記温度情報及び前記湿度情報の少なくとも一方は、前記受光側補助素子の電気的特性に関する情報を含む
請求項7又は8に記載の受発光装置。 - 前記受光側補助素子は、前記受光素子と同一の受光側基板上に形成されている
請求項9に記載の受発光装置。 - 前記受光側補助素子は、インジウムを含み、ヒ素及びアンチモンの少なくとも一方を含み、P型半導体層とN型半導体層を少なくとも有するダイオード構造を有する、又は抵抗体である
請求項9又は10に記載の受発光装置。 - 前記発光側封止領域に少なくとも一部を封止された発光側補助素子をさらに備え、
前記温度情報及び前記湿度情報の少なくとも一方は、前記発光側補助素子の電気的特性に関する情報を含む
請求項7から11までのいずれか一項に記載の受発光装置。 - 前記発光側補助素子は、前記発光素子と同一の発光側基板上に配置されている
請求項12に記載の受発光装置。 - 前記発光側補助素子は、インジウムを含み、ヒ素及びアンチモンの少なくとも一方を含み、P型半導体層とN型半導体層を少なくとも有するダイオード構造を有する、又は抵抗体である
請求項12又は13に記載の受発光装置。 - 前記受光素子は、インジウムを含み、ヒ素及びアンチモンの少なくとも一方を含み、P型半導体層とN型半導体層を少なくとも有するダイオード構造を有する、又は抵抗体である
請求項5から14までのいずれか一項に記載の受発光装置。 - 前記発光素子は、インジウムを含み、ヒ素及びアンチモンの少なくとも一方を含み、P型半導体層と
N型半導体層を少なくとも有するダイオード構造を有する
請求項5から15までのいずれか一項に記載の受発光装置。
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